El humilde neutrón está a punto de volverse más poderoso que nunca

Jun 04, 2023

Los neutrones tienen un gran potencial para hacer avanzar la ciencia en varios campos.

Para producir los neutrones libres necesarios para la experimentación científica, se está construyendo una nueva instalación en Suecia.

La instalación se utilizará para investigar preguntas en ámbitos como la imagenología, la ciencia de los materiales y la investigación de la antimateria.

Los neutrones son un héroe anónimo en el mundo cuántico. No están cargados, no se desplazan rápidamente y ni siquiera los contamos en números atómicos, a pesar de que constituyen una parte significativa de la masa de un átomo.

Pero son absolutamente críticos. Sin ellos, nada existiría. Los neutrones permiten que los protones que normalmente se repelen entre sí se agrupen en un núcleo y creen un átomo, que constituye casi todo lo demás. (Excepto en el hidrógeno, un protón no necesita un neutrón para contrarrestarlo).

Los neutrones no solo son críticos, también son útiles. Tan útil, y tan ampliamente útil, de hecho, que actualmente se está construyendo una instalación de investigación completa en Suecia llamada Fuente Europea de Espalación (ESS). Su objetivo es ver cuánto uso podemos obtener de los neutrones al crear un haz de partículas que se puede usar para diversos esfuerzos científicos.

El ESS tiene un nombre descriptivo, ya que la clave para usar neutrones en mucha ciencia es un proceso llamado espalación. Esto implica hacer estallar los núcleos de los átomos con partículas de alta energía para que el átomo se desestabilice y algunos de los neutrones salgan volando y se liberen. Los neutrones libres también se producen por interacciones entre los rayos cósmicos y nuestra atmósfera, y por parte de la radiactividad natural de la Tierra.

Entonces, una vez que los neutrones estén libres, ¿qué tipo de esfuerzos científicos están sobre la mesa aquí?

Bueno, depende de qué instrumento quieras usar. Cuando el ESS esté listo y funcionando, albergará inicialmente 15 instrumentos basados ​​en neutrones (muchos de los cuales tienen muy buenos nombres como ODIN, BEER, T-REX y BIFROST), cada uno de los cuales se configurará para hacer uso de neutrones a su manera.

Un instrumento, por ejemplo, trabajará en imágenes, no exactamente rayos X sofisticados, pero lo suficientemente cerca. Enfoca un haz de neutrones libres de la manera correcta y podrás ver a través de un objeto. No es revolucionario en sí mismo, pero la naturaleza de los neutrones significa que puedes ver cosas diferentes de las que podrías ver con un haz de rayos X. Y además de eso, muchas veces, la imagen se puede hacer sin dañar el objeto, lo que es fundamental para examinar cosas como pergaminos antiguos muy delicados.

Se utilizará otro instrumento para crear de forma efectiva timelapses de la vida real de los efectos de los neutrones libres en objetos que pueden dañarse por la exposición repetida a esas partículas. Sabemos que los neutrones libres pueden hacer que los componentes eléctricos se deterioren con el tiempo, y poder probar los efectos a largo plazo de esa exposición en un laboratorio permitirá a los fabricantes aprender a fabricar componentes más resistentes a los neutrones.

Y, lo que es potencialmente más emocionante, unos años después de la apertura de la ESS, cuando se haya mejorado aún más, la instalación comenzará a buscar el momento en que un neutrón haga la transición de materia a antimateria.

"Si observas algo así", dijo Valentina Santoro, física de partículas de la ESS, en un comunicado de prensa, "puedes entender uno de los mayores misterios sin resolver: por qué hay más materia que antimateria en el universo".

"Solo necesitas un neutrón que se convierta en antineutrón, y eso es todo, has encontrado este proceso donde la materia se convierte en antimateria", agregó Santoro.

Tenemos un tiempo antes de que el ESS pueda comenzar su trabajo: la instalación está programada para conectarse en 2027, y los experimentos de antimateria no están programados para comenzar hasta dentro de un tiempo, incluso después de eso. Pero una vez que esté en funcionamiento, cuidado. El neutrón está a punto de mostrarnos exactamente por qué no debe subestimarse.

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